¿Qué secretos del universo contiene el libro "El problema de los tres cuerpos"?
El descubrimiento de los agujeros negros por parte del Sr. Schwarzschild es una consecuencia natural de la teoría de Einstein. Un año antes de su muerte, y unos meses después de que Einstein descubriera la relatividad general, descubrió la primera solución rigurosa a la teoría de Einstein. En el espacio-tiempo curvo causado por la masa central, el reloj se mueve más lento y más cerca del centro. Cuando alcanza un límite fijo, el reloj se mueve infinitamente lento. En otras palabras, si nos quedamos afuera y miramos el reloj en este límite, su segundero apenas se moverá. Este límite es el famoso horizonte de sucesos del agujero negro. En este límite la luz no puede escapar. ¿Por qué la luz no puede escapar? Muy sencillo. Aunque la velocidad de la luz es muy alta, el tiempo se vuelve demasiado lento. El tiempo allí cambia poco con respecto a nuestra hora o incluso a nuestro año. Por supuesto, en nuestras mentes la luz no ha desaparecido.
Aunque Schwarzschild descubrió la solución de los agujeros negros, Einstein no creía que una masa pudiera comprimirse mucho para crear un horizonte de sucesos, por lo que para él los agujeros negros no existían.
No fue hasta 50 años después de que Schwarzenegger descubriera teóricamente los agujeros negros que el estudio de los agujeros negros comenzó a calentarse, porque los astrofísicos descubrieron que los agujeros negros se forman naturalmente en el universo.
Los agujeros negros son reales. Se puede decir que hay agujeros negros en todas partes del universo, desde agujeros negros estelares con una masa de sólo unas pocas masas solares, hasta agujeros negros de tamaño mediano con una masa de 100 a 100.000 veces la del sol, hasta agujeros negros. en los centros de las galaxias, con masas de hasta 10 a 10 mil millones de masas solares. Los astrónomos incluso especulan que los centros de todas las galaxias son agujeros negros.
Existe una fórmula sencilla según la cual el radio del horizonte de sucesos de un agujero negro es proporcional a su masa. Según esta fórmula, si metemos el sol en una esfera con un radio de unos 3.000 metros, se formará un agujero negro. Si la Tierra fuera un agujero negro, su diámetro probablemente sería inferior a 1 centímetro.
De hecho, es poco probable que exista un agujero negro con una masa menor que la del Sol, porque la astrofísica no permite la formación de agujeros negros de baja masa. Las estrellas más pequeñas detendrán las reacciones nucleares antes de formar un agujero negro, formando una enana blanca o una estrella de neutrones. Los agujeros negros se forman cuando una estrella se vuelve tan masiva que la fuerza de repulsión entre los neutrones es insuficiente para resistir la gravedad. Estos agujeros negros suelen tener al menos tres masas solares.
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La gravedad es la primera fuerza fundamental de la naturaleza determinada por la ciencia moderna. La teoría de la gravitación universal de Newton precedió a la teoría electromagnética de Faraday y Maxwell entre un siglo y medio o dos y ha logrado grandes logros en la explicación de los cuerpos celestes, las mareas y la predicción de nuevos planetas.
Pero no fue hasta la época de Einstein que se descubrió que la teoría de Newton no era perfecta y en principio completamente incorrecta, porque suponía que existe una distancia entre dos masas, es decir, dos masas a una distancia determinada. Hay una interacción instantánea directa entre objetos, sin ningún medio de propagación y sin ningún tiempo de propagación. Esto es obviamente increíble.
En la teoría de Einstein, la gravedad se convierte en el efecto de la curvatura del espacio-tiempo. Y si partimos de un espacio-tiempo fijo y consideramos la ligera desviación del espacio-tiempo de este espacio-tiempo fijo, en la teoría de Einstein aparecerá algo parecido a los fotones, es decir, las ondas gravitacionales.
Las ondas gravitacionales son una predicción de la teoría general de la relatividad de Einstein. La existencia de ondas gravitacionales muestra que la velocidad de propagación de la gravedad también es limitada, que es igual a la velocidad de la luz en la teoría de Einstein. Desde la aparición de la partícula de Higgs, las ondas gravitacionales son la única predicción no probada en la física moderna, a pesar de la evidencia circunstancial.
La gravedad está en todas partes, pero ¿por qué las ondas gravitacionales son tan difíciles de detectar? La única razón es que la gravedad es demasiado débil. La gravedad estática es bastante débil.
Sólo cuando la masa se acumule para formar enormes cuerpos celestes como la Luna y la Tierra, sentiremos la existencia de la gravedad y las ondas gravitacionales serán más débiles.
Una carga oscilante producirá ondas electromagnéticas, y dos cuerpos celestes que orbitan entre sí pueden convertirse en la fuente de ondas gravitacionales. De hecho, así es como se descubrieron indirectamente las ondas gravitacionales. Dos estrellas de neutrones orbitan entre sí y la radiación de ondas gravitacionales hace que las estrellas de neutrones pierdan energía, por lo que la distancia entre ellas se vuelve más pequeña y el período de rotación se acorta. Esta observación indirecta es totalmente consistente con la teoría de Einstein. Los astrónomos Taylor y Halls ganaron el Premio Nobel de Física por esta observación.
En el universo, las explosiones de supernovas, la formación de agujeros negros y las estrellas que caen en agujeros negros producirán ondas gravitacionales, y todas ellas son relativamente fuertes. Aunque Taylor y Hulse observaron indirectamente ondas gravitacionales en 1974, eran muy débiles.
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Antes de hablar del futuro del universo, primero debemos entender la situación actual del universo. De hecho, no necesitamos saber demasiado, sólo necesitamos aclarar dos cuestiones importantes:
Antes de 1998, casi todo el mundo creía que aunque el universo se estaba expandiendo, el ritmo de expansión se estaba desacelerando. Muchos, muchos años en el futuro, la tasa de expansión puede acercarse infinitamente a cero, o puede disminuir a cero, y luego el universo comienza a encogerse. Este es un pensamiento natural. El universo se ha estado expandiendo desde el Big Bang hace unos 1.500 millones de años, pero el ritmo actual de expansión se ha vuelto mucho menor que en el universo primitivo. Mucha gente cree que la expansión del universo se ha ido desacelerando y las observaciones parecen respaldar esta idea natural. Curiosamente, casi nadie cuestiona los datos de observación, aunque mirando hacia atrás, los datos de observación anteriores no nos dicen que la expansión del universo se esté desacelerando en sentido estricto.
¿Por qué los físicos creen particularmente que la expansión del universo está disminuyendo? Esto se debe a que la fuerza dominante en el universo es la gravedad, y ni siquiera la teoría de Einstein puede cambiar este hecho. Bajo la guía de la gravedad, las velocidades relativas entre todos los cuerpos celestes del universo serán menores.
Para obtener un universo estático, Einstein introdujo una fuerza repulsiva universal. La repulsión cósmica es sólo una explicación de la expansión acelerada del universo. Desde la perspectiva de la física moderna, su teoría equivale a la idea de que hay algo de energía en el vacío que nunca será diluida por la expansión del universo, y que la densidad de esta energía permanece sin cambios. Esta energía se llama energía oscura.
La naturaleza de la energía oscura determina el destino de nuestro universo. Esto se debe a que la energía oscura es ahora la energía dominante en el universo y representa más del 60% de toda la energía del universo, mientras que la materia que podemos ver a simple vista y la materia oscura invisible a simple vista son menos del 40%. %.
Hablemos primero de la materia oscura. Representa el mayor componente energético del universo además de la energía oscura. Esta sustancia es invisible e intangible, pero los astrónomos descubrieron su existencia en los años 1960. Debido a su existencia, la atracción gravitacional de las galaxias y los cúmulos de galaxias es mucho mayor que la atracción gravitacional causada por la materia visible. Al observar la velocidad con la que se mueven las estrellas alrededor del centro de una galaxia, los astrónomos pueden inferir que hay de 5 a 6 veces más materia oscura que materia ordinaria.
Ya sea materia ordinaria, materia oscura o radiación, estas densidades de energía se diluyen con la expansión del espacio, mientras que la energía oscura no cambia significativamente durante miles de millones de años. En otras palabras, en miles de millones de años, la energía oscura no sólo dominará el universo, sino que será mucho mayor que otras proporciones de energía.
Otra posibilidad es que la densidad de la energía oscura en realidad esté aumentando. Si este es el caso, entonces la densidad de energía oscura se volverá infinita en un tiempo limitado, es decir, la fuerza repulsiva de todo se volverá infinita. Podemos adivinar qué pasaría sin los expertos. Todo el espacio y la materia del universo serán desgarrados: primero la Vía Láctea será desgarrada, luego la Tierra será expulsada del sistema solar, luego la Luna será expulsada del campo gravitacional de la Tierra y luego la Tierra misma será desgarrada. ... hasta que cada átomo, cada núcleo, cada protón, cada neutrón sea destrozado.
Quizás nunca sepamos el estado del universo antes de la inflación, pero sí deberíamos saber el destino del universo, si seguirá expandiéndose, o algún día se desacelerará y frenará, o... se desgarrará.
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